光学第三讲实验测定玻璃折射率

实验:测定玻璃的折射率物理讲师樊老师一考点透视

考查形式及特点

二必备技能2.1

实验目的(1)测定玻璃的折射率;(2)学会用插针法确定光路.2.2实验原理

2.3

实验器材玻璃砖,白纸,木板,大头针,图钉,量角器(或圆规),三角板,铅笔.2.4

实验步骤

(3)把长方形玻璃砖放在白纸上,并使其长边与aa′重合,再用直尺画出玻璃砖的另一边bb′.

(4)在线段AO上竖直地插上两枚大头针P1,P2.

(5)从玻璃砖bb′一侧透过玻璃砖观察大头针P1,P2的像,调整视线的方向直到P1的像被P2的像挡住.再在bb′一侧插上两枚大头针P3,P4,使P3能挡住P1,P2的像,P4能挡住P3本身及P1,P2的像.

(6)移去玻璃砖,在拔掉P1,P2,P3,P4的同时分别记下它们的位置,过P3,P4作直线O′B交bb′于O′.连接O,O′,OO′就是玻璃砖内折射光线的方向.∠AON为入射角,∠O′ON′为折射角.

2.5

数据处理(1)计算法用量角器测量入射角θ1和折射角θ2,并查出其正弦值sinθ1和sinθ2.算出不同入射角时的sinθ2/sinθ1,并取平均值.(2)作sinθ1-sinθ2图象

(3)”单位圆法”

确定sinθ1,sinθ2,计算折射率n以入射点O为圆心,以一定长度R为半径画圆,交入射光线OA于E点,交折射光线OO′于E′点,过E作NN′的垂线EH,过E′作NN′的垂线E′H′.如图所示,sinθ1=EH/OE,sinθ2=E′H′/OE′,2.6

注意事项

(1)实验时,应尽可能将大头针竖直插在纸上,且P1和P2之间,P3和P4之间,P2与O,P3与O′之间距离要稍大一些.

(2)入射角θ1不宜太大(接近90°),也不宜太小(接近0°).太大:反射光较强,出射光较弱;太小:入射角,折射角测量的相对误差较大.

(3)操作时,手不能触摸玻璃砖的光洁光学面,更不能把玻璃砖界面当尺子画界线.2.7

误差分析

(1)入射光线,出射光线确定的准确性造成误差,故入射侧,出射侧所插两枚大头针间距应大一些.

三考点突破

3.1

典题直击

例1

如图所示,用插针法测定玻璃的折射率的实验中,以下各说法中正确的是()

①P1,P2及P3,P4之间的距离适当大些,可以提高准确度;②P1,P2及把P3,P4之间的距离取得小些,可以提高准确度;③入射角θ1适当大些,可以提高准确度;④入射角太大,入射光线会在玻璃砖的内表面发生全反射,使实验无法进行;

例2

某校开展研究性学习,某研究小组根据光学知识,设计了一个测液体折射率的仪器.如图所示,在一个圆盘上,过其圆心O作两条相互垂直的直径BC,EF.在半径OA上,垂直盘面插上两枚大头针P1,P2并保持位置不变.每次测量时让圆盘的下半部分竖直进入液体中,而且总使得液面与直径BC相平,EF作为界面的法线,而后在图中右上方区域观察P1,P2,在圆周EC部分

(1)若∠AOF＝30°,OP3与OC之间的夹角为30°,则P3处刻的折射率的值为________.

【解析】

(1)根据折射定律n＝sinθ2/sinθ1,题中θ1＝60°,θ2＝∠AOF＝30°,所以n＝sin30°/sin60°≈1.73.

(2)在折射角相同的情况下,图中P4对应的入射角大于P3所对应的入射角,所以P4对应的折射率大.

(3)因A,O,K在一条直线上,入射角等于折射角,所以K处对应的折射率应为1.

例3(福建理综)某同学利用“插针法”测定玻璃的折射率,所用的玻璃砖两面平行.正确操作后,做出的光路图及测出的相关角度如图所示:

(1)此玻璃的折射率计算式为n=________(用图中的θ1,θ2表示);

【解析】

(1)(2)由实验的注意事项可知应选用宽度大的玻璃砖来测量,可以减少实验的误差.全反射法【解析】玻璃砖转动时,射在其直径所在平面内的光线的入射角增大,当增大到等于临界角θ